智慧城軌發展現狀分析及建議

張文韜，盧劍鴻，姜彥璘

（西安市軌道交通集團有限公司運營分公司，陜西西安 710016）

1 背景

隨著國家經濟發展和城市化進程的加快，城市軌道交通因其運量大、速度快、綠色環保等特點，成為解決城市交通問題的主要手段。2008 年以來，我國城市軌道交通進入高速發展時期，截至2019 年12 月31 日，我國內地累計有40 個城市開通城市軌道交通運營線路6 736.2 km。然而，我國城市軌道交通行業也面臨著諸多考驗，建設和運營企業消耗著巨大的人力、財力、物力，乘客對城市軌道交通服務水平提出了多樣化要求，長時間、高強度的運營對城市軌道交通各系統設備設施的質量和技術含量也提出了更高要求，傳統的城市軌道交通行業運作方式已經無法適應高質量發展的趨勢。如何順利完成城市軌道交通從高速發展向高質量發展的轉變，解決其目前存在的智能化水平不足問題，成為行業探索的新課題。

為促進我國城市軌道交通行業的智能化發展和智慧城軌的有序建設，中國城市軌道交通協會于2020 年3 月發布《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》（以下簡稱《綱要》）。《綱要》作為城市軌道交通行業今后一個時期（2020 年—2035 年）制訂智慧城市軌道交通（以下簡稱“智慧城軌”）相關技術政策、技術規范、發展規劃和實施計劃的指導性文件，其出臺發布將有序推進智慧城軌建設，使之迎來一個嶄新的歷史發展機遇。

2 智慧城軌發展意義

智慧城軌發展的內涵是依托新一代工業互聯網、物聯網技術，將智能感知、云計算、大數據、人工智能（AI）、移動互聯、自主協同控制等技術與軌道建設、裝備制造、運營服務、設備維護、資源開發等業務深度融合，推進城市軌道交通系統向網絡化、協同化、智能化方向發展，以促進城市軌道交通建設、制造、調度、運營、服務、維修、救援等的智能化、智慧化，從而達到改善乘客出行體驗、提升設備設施管理水平、提高企業運營管理能力的目標。

（1）改善乘客出行體驗。智慧城軌可利用大數據，提供列車車次、車廂擁擠度、周邊信息、交通換乘等實時信息查詢服務，為乘客提供更為精準的“定制服務”；利用二維碼、近距離無線通信（NFC）、電子身份證（eID）、生物識別等技術，提供多元化支付方式，促進城市公共交通體系內多種交通方式的高效銜接；利用智能攝像頭、安檢通道、AI 技術，完成對運動物體的檢測、跟蹤，以及對人員行為特征的智能判斷分析，從而提升運營企業整體安防水平，保障乘客和列車運營的安全。

（2）提升設備設施管理水平。通過智能運維管理平臺，實現設備在線監測、故障診斷、數據分析三大功能，實現設備運維模式從計劃修向狀態修的轉變，大幅提升設備的運維可靠度；通過采用電子標簽管理，可對設備、資產實行電子管理，防止由于人員手工輸入造成的效率低、易差錯等問題，實現設備、資產的全壽命周期管理。

（3）提高企業運營管理能力。借助大數據、智慧云等信息技術，城市軌道交通企業可進行高效、靈活的運營管理，從而促進資源的整合利用，降低運營成本；通過5G 技術，可對列車、設備運行狀態及乘客動態數據進行實時采集、傳輸和監控，以便企業掌握相關信息，并據此進行合理、及時地調整；通過采用列車全自動運行系統，可優化運營組織架構，降低人為操作導致故障的概率，提高列車運行系統的安全與效率；通過客流大數據分析，將運能供給與乘客需求精準對接，采用互聯互通、快慢線混跑、跨線運營、自動編組等更加靈活的運營組織形式，提升運營效率。

3 智慧城軌主要應用現狀

3.1 面向乘客服務的智慧城軌應用

3.1.1 互聯網+AFC

傳統的自動售檢票（AFC）方式存在排隊購票時間長、兌零不方便、乘客事務處理速度慢等問題，這也是乘客出行所關注的焦點問題。近年來，隨著二維碼、NFC、人臉識別等支付技術的不斷完善，采用互聯網+AFC 支付方式已經成為城市軌道交通發展的主要趨勢之一。

3.1.2 智能客服系統

目前，國內城市軌道交通的乘客服務普遍采用人工客服的方式。這種服務方式的缺點在于：①占用大量的人力資源和培訓資源；②服務人員的情緒容易受多方因素的干擾，從而影響其服務質量。而互聯網、人工智能等技術的高速發展使機器具備了擬人操作的特性，因此新型乘客服務載體（如城市軌道交通門戶網站、各類手機APP、公眾號等）應運而生。智能客服系統讓服務不再受到時間和空間的限制，可降低城市軌道交通企業的人力運營成本，提高其服務效率和質量。

3.1.3 人臉識別

由于生物識別技術具有唯一性、穩定性、防偽性、不可抵賴性等特征，相較于傳統身份鑒定方法優勢明顯，因此在城市軌道交通行業應用生物識別技術將是必然趨勢。目前，城市軌道交通運營中應用較為廣泛的生物識別技術是人臉識別技術，可在AFC 設備和安保監控設備中引入該技術，實現“刷臉乘車”和“智慧安檢”，縮短乘客的進站時間（圖1）。

3.2 面向設備設施管理的智慧城軌應用

3.2.1 智能運維系統

城市軌道交通建設運營涉及的設備設施種類多、數量大、使用時間跨度長、維護工作量大。智能運維系統可有效集成物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、AI等技術，并將其運用到城市軌道交通各系統設備的維護中，通過構建實時的動態信息服務體系，深度挖掘運維管理所需的相關數據，形成問題分析模型，實現資源配置的優化，以及業務決策、資源管理、輔助服務等能力的提升。

3.2.2 車站綜合管理平臺

城市軌道交通車站均為獨立設置，涉及的設備眾多。目前，車站級綜合監控系統具備管理和監控環控、機電、通信等設備的基本能力，但仍需進一步優化。因此，應以車站綜合監控系統為基礎，建立車站綜合管理平臺，整合車站范圍內的各類設備設施，進一步完善其功能，實現車站的自動化操作和智能化管理（如空氣質量自動監測、通風系統自動調節等），從而大幅降低勞動成本，提高生產效率（圖2）。

圖1 地鐵車站刷臉乘車

圖2 西安地鐵智慧車站綜合運營管理平臺

3.3 面向運營管理的智慧城軌應用

3.3.1 全自動運行系統

全自動運行系統能夠完成列車自動喚醒、正常發車停站折返作業，以及火災應急、障礙物檢測等異常事件處理，可實現列車的全自動運行，具有提升運行組織靈活性、減少人為誤操作、降低運營人員勞動強度等優勢，關鍵技術包括列車控制技術、監測聯動技術、故障處理技術、乘客管理技術等。目前，國內采用全自動運行系統的城市軌道交通線路有北京地鐵燕房線、北京地鐵大興機場線和上海地鐵10 號線。

3.3.2 智能客運組織系統

目前，國內城市軌道交通在編制運輸計劃和客運組織方案方面普遍采用人工模式，其在實踐中暴露出缺乏靈活性和預判性的缺點。在人工智能技術發展的大背景下，可利用智能攝像頭、AI 智能分析、深度學習等技術，實現對故障設備、人員行為、違規機械、客流趨勢等的識別、分析和判斷，為行車指揮、列車運行圖的編制和仿真提供輔助決策依據。

3.3.3 BIM技術應用

BIM 技術是通過創建并利用數字化模型對建設工程項目的設計、建造和運營全過程進行管理和優化的技術，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點，它可使項目設計、建造、運營過程中的溝通和決策都在可視化的狀態下進行。在城市軌道交通項目招投標和施工階段，可以利用BIM 技術進行4D 模擬（3D 模型+時間），即根據施工組織模擬實際施工，從而確定合理的施工方案以指導施工，還可以進行5D 模擬（4D 模型+成本），以實現成本控制；在后期運營階段，可以借助BIM 技術進行突發事件應急處置模擬（如地震人員逃生、消防人員疏散模擬等）。

4 智慧城軌發展存在問題及解決建議

4.1 存在問題

（1）核心技術自主化水平低，過度依賴進口技術及配件。目前，城市軌道交通智能設備的核心技術仍以引進為主，自主化、國產化水平較低，行業核心技術研究開發力度不足的問題較為嚴重。

（2）前期研究規劃工作不完善，運營后期整改現象較為突出。多數城市軌道交通企業在前期規劃階段未充分規劃和研究智慧城軌總體建設方案，線路開通后將運營視為智慧城軌建設的主戰場，各類技改、整改現象尤為突出，不僅對正常的運營組織造成了較大的影響，而且使建設智慧城軌的成本大幅增加。

（3）對于乘客個人隱私保護的研究不深入。安全是對城市軌道交通運營企業的最基本要求，智慧城軌相關應用將存儲大量的乘客隱私數據，尤其是二維碼、刷臉乘車、智慧安檢等項目的數據存儲量較大。關于城市軌道運營企業在掌握如此海量數據的情況下，如何做好乘客個人隱私防護、確保數據安全的課題，在行業內目前研究尚不深入。

4.2 解決建議

（1）增強核心技術自主研發與應用能力。提升智能設備的自主研發制造能力，通過持續加大技術創新力度，擴大國產城市軌道交通技術裝備的應用范圍，解決進口設備維保困難、技術保密等問題，切實走出我國智慧城軌的國產化之路。推廣全自動運行系統，建立兼容不同信號制式、不同線路設備的跨制式通用控制系統，解決各線路設備設施型號不統一問題，實現各系統、各制式間的互聯互通。

（2）在規劃階段統籌研究部署智慧城軌建設。應本著“一次規劃好、一次建設好、運營不整改”的原則，在線路規劃階段統籌考慮從建設到運營全過程的智慧化應用，聚焦前沿科技發展趨勢，適當超前設計，提前考慮設備更新及土建改造預留問題，順應發展需求，避免開通運營后整改致使成本過大的問題。

（3）建立乘客隱私數據的監管機制。建議政府層面統籌研究，加強頂層設計，建立政府主導的、以保護乘客隱私為目的的乘客隱私數據管理機制和規章制度，出臺規范合理的乘客隱私數據安全防范體系，引導各城市軌道交通運營企業加強乘客隱私數據保護。

5 結語及展望

智慧城軌是信息時代發展的必然產物，在國家戰略層面的引導下，必將成為城市軌道交通行業未來創新突破和蓬勃發展的主要方向。在未來，我國將從智慧乘客服務、智能運輸組織、智能能源系統、智能列車運行、智能技術裝備、智能基礎設施、智能運維安全和智慧網絡管理8 個方面出發，建成一個完備的智慧城軌產業鏈，從而推進我國智慧城軌的高速發展。這也將為城市軌道交通建設和運營企業帶來顯著效益：①隨著智能服務和智能設備的出現，對人的需求將不斷降低，站務、乘務、維修人員數量大幅縮減，人力成本大幅下降；②部分專業將會消失或融合，甚至重新劃分，專業設置更為精簡高效；③實現成本的優化，智慧城軌建設必將大量采用智能設備及軟件，雖然初期建設成本較高，但綜合考慮運營階段的人員成本，相較于目前的建設、運營模式，仍然更經濟。